Essais de fonctionnement des Circuits Logiques Synchrones MM 74C175Étude du Fonctionnement d'un Oscillateur Asymétrique :
7. - CINQUIÈME EXPÉRIENCE : ÉTUDE DU FONCTIONNEMENT D'UN OSCILLATEUR ASYMÉTRIQUE
Au cours de la troisième expérience, vous avez pu noter que le temps d'extinction et le temps d'éclairement de la LED étaient identiques.
En effet, le signal de sortie de l'oscillateur est un signal rectangulaire comme représenté à la figure 6. Sa période d'oscillation est de 1 seconde. Ce signal rectangulaire est symétrique, étant à l'état haut 1 / 2 seconde et à l'état bas 1 / 2 seconde également.
Il peut s'avérer utile d'obtenir un signal asymétrique, c'est-à-dire dont les durées de l'état haut et de l'état bas sont différentes.
Le temps d'éclairement de la LED sera, par exemple, supérieur au temps d'extinction.
Dans cette expérience, le circuit réalisé vous permet d'obtenir un tel signal asymétrique.
7. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Débranchez l'alimentation et enlevez tous les composants et les liaisons relatifs au circuit réalisé précédemment.
b) Introduisez sur la matrice un circuit intégré MM 74C14, un condensateur électrolytique au tantale de 1 µF - 10 V, en respectant les polarités, une résistance de 2,2 MW (rouge - rouge - vert - or) et une de 470 kW (jaune - violet - jaune - or), dans les positions indiquées à la figure 14-a.
Enfin, effectuez les liaisons indiquées.
La figure 14-b représente le schéma électrique du circuit réalisé.
7. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Branchez l'alimentation. Le circuit se met à osciller avec une fréquence d'environ 1 Hz. En effet, la LED L0 s'allume et s'éteint à cette même fréquence. Les temps d'extinction et d'éclairement sont à peu près identiques, c'est-à-dire environ 1 / 2 seconde. Le signal de sortie est donc symétrique.
b) Débranchez l'alimentation. Insérez sur la matrice une résistance de 100 kW (marron - noir - jaune - or) et deux diodes D1 et D2 de type 1N 4148. Vous modifiez ainsi le circuit comme illustré à la figure 15-a. Le schéma électrique correspondant est situé à la figure 15-b.
c) Branchez l'alimentation. Le temps d'éclairement de la LED L0 est plus long que le temps d'extinction.
En effet, la LED est allumée quand la sortie du circuit est à un niveau H. Ainsi, seule la diode D1 conduit tandis que la diode D2 est polarisée en sens inverse et se comporte comme un interrupteur ouvert.
Le fonctionnement du circuit est alors équivalent à celui représenté à la figure 16-a : sa période est d'environ 1 seconde, la sortie étant à l'état H environ 1 / 2 seconde.
Par contre, quand la sortie passe au niveau L, la diode D2 conduit et la diode D1 polarisée en sens inverse se comporte comme un interrupteur ouvert. Le circuit devient équivalent à celui représenté à la figure 16-b. Durant cet intervalle de temps, la période d'oscillation vaut environ 1 / 4 seconde.
La durée d'extinction de la LED vaut la moitié de cette période d'oscillation, soit 1 / 8 seconde.
Dans ce montage, la somme des temps de décharge et de charge du condensateur est différente selon que la sortie est à l'état H ou à l'état L car les résistances en série avec les deux diodes sont différentes.
d) Débranchez l'alimentation et interchangez les deux résistances.
e) Branchez l'alimentation. Les durées d'allumage et d'extinction de la LED sont inversées par rapport à celles observées précédemment.
f) Vous pouvez tester plusieurs fois ce montage en modifiant les valeurs des résistances Ra et Rb. Vous observerez les variations sur les temps d'allumage et d'extinction, ainsi que leur périodicité.
Ce type de circuit générant un signal dissymétrique peut être très utile.
Vous pouvez calculer la période d'oscillation de la façon suivante :
-
temps pendant lequel la sortie est à l'état H = 1,1 x Ra x C
-
temps pendant lequel la sortie est à l'état L = 1,1 x Rb x C
-
période totale T = 1,1 (Ra x C) + 1,1 (Rb x C) = 1,1 x (Ra + Rb) x C
Fréquence du signal :
8. - SIXIÈME EXPÉRIENCE : ESSAIS DE FONCTIONNEMENT DES
CIRCUITS LOGIQUES SYNCHRONES
Vous avez étudié la notion de logique synchrone et la nécessité de disposer d'un signal d'horloge pour commander au même moment plusieurs circuits.
Vous allez effectuer une expérience simple qui vous aidera à mieux assimiler cette notion de logique synchrone.
Pour réaliser cette expérience, vous utiliserez un nouveau circuit intégré : le MM 74C175 dont le schéma est reporté à la figure 17-a.
Ce circuit comprend quatre bascules D dont les entrées CLOCK et CLEAR sont communes.
La figure 17-b vous présente la
table de fonctionnement pour chaque bascules D.
Ces bascules sont activées par un front montant indiqué 
et appliqué sur l'entrée CLOCK.
L'entrée CLEAR
est active au niveau L. Avec cette
condition, Q est à l'état
L
et 
est à l'état H, indépendamment de l'état
logique des autres entrées (symbole X dans les colonnes
CLOCK
et D).
8. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Débranchez l'alimentation, enlevez tous les composants et les liaisons relatifs à l'expérience précédente.
b) Introduisez sur la matrice le circuit intégré MM 74C175 en le positionnant comme indiqué à la figure 18-a puis effectuez les liaisons indiquées.
Notez en particulier la liaison entre les contacts COM1 et 1 Hz qui permet la mise en service du premier générateur d'horloge du digilab.
Le circuit réalisé est représenté à la figure 18-b.
L'entrée d'horloge commune aux quatre bascules est reliée au contact CP1 où arrive le signal d'horloge de 1 Hz.
La LED L7 permet de visualiser ce signal d'horloge.
Les entrées D des bascules sont reliées aux interrupteurs SW0, SW1, SW2, SW3 et les sorties correspondantes aux LED L0, L1, L2, L3.
8. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Mettez les interrupteurs sur la position 0.
b) Branchez l'alimentation.
Le générateur d'horloge fonctionne et délivre un signal de fréquence 1 Hz signalé par la LED L7. Les LED L0, L1, L2 et L3 sont éteintes.
c) Observez les LED L3 et L7 et commutez l'interrupteur SW3 sur la position 1.
La sortie Q de la quatrième bascule passe à l'état H et la LED L3 s'allume. Cette dernière ne s'allume qu'au front montant d'horloge, signalé par l'allumage de L7.
En d'autres termes, vous observez que les LED L3 et L7 s'allument au même instant. La LED L3 reste ensuite allumée car l'interrupteur SW3 est toujours sur la position 1.
d) Essayez les différentes combinaisons réalisables avec les quatre interrupteurs.
Les LED correspondant aux interrupteurs, en position 1 s'allument, celles correspondant aux interrupteurs, en position 0 s'éteignent, toujours à l'instant où la LED L7 s'allume.
Ceci est un exemple de circuit synchrone. C'est-à-dire que les quatre bascules ne prennent en compte simultanément les quatre données présentes sur leur entrée qu'au moment déterminé par le front ascendant de l'horloge.
Ainsi, le fonctionnement des quatre bascules est synchronisé par un signal d'horloge.
De plus, les changements d'état logique survenant à tout moment à l'entrée des bascules ne sont finalement pris en compte qu'à un instant bien déterminé.
Ce type de circuit permet de synchroniser différents événements qui peuvent arriver sur quatre entrées logiques. C'est le cas avec quatre interrupteurs.
Dans la prochaine pratique, vous l'équiperez d'une alimentation régulée et ferez de nouvelles expériences de plus en plus intéressantes.
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